自然因素约束下潜在海洋潜水旅游目的地识别方法与案例

盛雨婷 ,姜文达* ,焦会莹 ,王彩依

（1.宁波大学 宁波陆海国土空间利用与治理协同创新中心,浙江 宁波 315211;2.宁波大学 东海战略研究院,浙江 宁波 315211;3.舟山市沈家门中学,浙江 舟山 316199）

21 世纪以来,海洋在国家发展格局与对外开放中的作用日益重要,海洋休闲产业是海洋空间开发利用的重要组成部分,从海洋休闲产业视角完善海域空间编制内容对完善海洋空间规划体系有着重要的现实意义[1].自1980 年起,世界各地出现了多种形式的旅游[2-3],海洋休闲旅游从高端逐渐走向大众化,潜水旅游作为海洋休闲产业不可或缺的一部分,其目的地也由发达滨海国家逐渐向发展中滨海国家扩散[4].新兴潜水旅游在加勒比海、太平洋岛屿、加拉帕戈斯群岛、红海、大堡礁、泰国等地蓬勃发展.热带环境下清澈温暖的海水、复杂的海洋环境和多样的生物吸引众多潜水旅游者,使热带地区潜水旅游大幅度增长[5].但在游客满意度和经济效益双丰收情境下,潜水旅游目的地社区与海域生态环境遭到破坏,海洋潜水地可持续发展问题受到政府、社会和学术界普遍关注.

潜水旅游目的地受自然因素影响巨大,其需要适宜的海域自然状况,如气候、空气质量、地形、洋流、海水温度、潮汐、水深等,以及具备吸引力的海洋野生生物,如各类珊瑚、鲨鱼等[6-8].除了舒适的自然环境外,潜水旅游还需要满足旅游者的猎奇心理,海洋野生生物丰富度和特殊性在潜水目的地选择中占据主导地位.当然,海洋水温、潮汐、洋流等影响游客生命安全的因素也必须考虑在内.我国学界研究没有特别关注目的地与自然因素的关系,更多关注的是潜水目的地的业态和管理机制,个别学者研究了潜水旅游与珊瑚脆弱性的关系等[9].国外研究潜水旅游业风险、潜水体验质量以及海洋保护区等方面时已考虑自然因素对潜水目的地的影响,以及不当潜水活动给目的地带来的生物多样性损失、土地利用变化、水源污染等负面问题[10].潜水旅游在全球旅游活动中地位越来越重要,截至2020 年,PADI Travel 官网显示全球有超过128 000 名PADI 专业成员,6 600 个PADI 潜水中心和度假村,世界旅游组织强调目的地的质量与其潜水质量密切相关,潜水质量优劣则取决于自然环境禀赋.因此,选取关键自然因素识别潜水旅游目的地对提升潜水旅游质量、开发潜在旅游资源、保护海洋生态环境具有重要意义.

由于WOS 数据库中有关潜水旅游空间的分析较少,以下主要从与之相关的涉海旅游空间研究文献入手.国外学者对涉海旅游空间布局的研究侧重于分析影响旅游空间布局的因素.Muller[11]论述了多种空间结构分析的地理与数学描述方法,如平均中心点、标准距离、洛伦兹曲线、标准差椭圆等.Spalding 等[12]利用社交媒体和群众调查等多种来源的全球数据,分析珊瑚礁对旅游业的全部价值以及这些价值的空间分布,描述了珊瑚礁所产生的一系列间接利益,又称“临近珊瑚礁”价值,研究结果显示世界上约30%的珊瑚礁具有旅游价值.同样,依据相关研究对我国涉海旅游地空间分布进行归纳和分析,研究尺度可以分为整体区域、省域和市域.从区域空间尺度来看,张广海等[13]采用马尔科夫链与ESDA 法分析了我国沿海城市旅游产业发展水平的时空演变格局,发现沿海11 省市区存在两极分化加强和严重的“俱乐部趋同”现象.从省域空间尺度来看,申涛等[14]对海南岛旅游吸引物的空间结构及演化进行探究,结果显示海南岛高等级景区整体分布均匀,但在市县中呈现集中性,景观相似度较高,由此提出了突出口岸地位等措施来构建布局合理、特色鲜明的世界一流旅游度假目的地.从市域空间尺度来看,杨效忠等[15]发现舟山群岛大尺度景区的分布呈现集聚态势,但相较于陆面,舟山主要景区实际的集聚效应仍然较弱,由此提出构建发挥区域整体和联动效应的并联整合战略思想.

本文基于海域自然环境,借助ArcGIS 10.5 软件,采用多因子、层次分析方法构建海洋潜水旅游目的地适宜性评价指标体系及系统判别技术路线,识别全球适宜发展海洋潜水旅游目的地的潜在分布,进而聚焦分析我国适宜开展潜水旅游的海域,提出促进我国海洋潜水旅游目的地可持续利用对策,并为海域空间规划编制提出可行性建议.

1 自然环境因素约束下海洋潜水旅游目的地识别方法构建

1.1 构建逻辑

海洋潜水旅游目的地的适宜性评价需要统筹考虑影响因子的选取、标准化、权重确定以及如何将世界地图GIS 信息纳入分析过程[16],进而构建适宜性评价技术路线(图1).

图1 全球海洋潜水旅游目的地适宜性评价及其分级技术路线

构建过程主要包括4 个步骤: (1)选取影响因子.梳理、总结国内外文献分析海洋潜水旅游活动的适宜性环境规律,分析影响海洋潜水旅游目的地的关键自然环境因素,进而依据因子影响显著性和数据获取可得性原则,筛选影响海洋潜水旅游目的地的主要自然环境因子.(2)单因子评价.分别评价各因子,首先要统一量化相关因子层指标数据,随后综合分析,进而确定该因子限定性属性值.统一量化过程采用WGS-1984-UTM-zone-50N投影坐标系在ArcGIS 10.5 软件中对所使用空间数据统一化,并将数据统一处理为栅格数据,获得各自然因子栅格分布图.(3)适宜性影响因子权重确定.依据德尔菲法(Delphi Method)邀请专家对影响因子进行赋值,随后采用层次分析法确定各因子权重.(4)综合评价与级别划定.根据标准化后单因子栅格数据权重,采用基于ArcGIS 10.5 的多因子加权叠加分析,将各因子栅格分布图进行加权叠加,得到海洋潜水旅游目的地适宜性的综合评价结果,进而采用ArcGIS 10.5 中基于Jenks 的“自然间断点分级法”将结果分为最适宜、较适宜、较不适宜、不适宜和最不适宜5 级,以确定海洋潜水旅游目的地的适宜性空间差异,识别出全球潜在的海洋潜水旅游目的地的层级分布差异.多因子加权评价模型公式为

式中:S为某评价单元发展海洋潜水旅游的适宜程度综合值;Wi为因子i的权重值;Pi为评价单元的第i个单因子分值;n为因子总数.

1.2 指标遴选及其作用解析

国内外研究者基于不同尺度对影响海洋潜水旅游地的地理环境因素进行分析(表1),可归纳为地形地貌要素、水文要素、生物要素.其中,能够反映海洋潜水旅游目的地与潜水活动适宜性的关键自然环境因素是海域环境.因此,从海洋地理视角建立海洋潜水旅游目的地适宜性的指标框架,选取海水深度、海洋表层水温、海流、潮汐、珊瑚密度等因子作为海洋潜水旅游目的地适宜性的评价指标.

表1 国内外研究者基于海洋潜水旅游地的地理环境要素分析

各因子适宜性等级划分时,部分因子分级较为复杂,结合现行规定或已有研究阐明各因子的分级逻辑及其评价方法.总体将各因子分为高、中、低、较低、极低5 个适宜等级,形成各因子栅格图层,并以0～9 按等级赋值各因子栅格图层.

(1)海洋水深分级,通过分析全球海洋DEM 栅格图提取,主要评估海洋潜水旅游目的地的海域深度适宜性.从海洋垂直深度看,依照海洋深度分层原理可分为光合作用带(0～-200 m)、中层带(-200～-1 000 m)、深层带(-1 000～-4 000 m)、深渊带(-4 000～-6 000 m)、深海带(-6 000 m 以下).其中光合作用带为海洋表层水域至-200 m 海深处,阳光中大部分可见光都可以照射进此层,主要海洋生产者可通过光合作用在此层生产物质,具有较强的生产力;同时此层也是大部分商业渔业及诸多受保护的大型海洋哺乳动物、海龟和鹿角珊瑚的栖息之地.考虑到潜水活动特性,受水压影响,一般休闲潜水深度在0～-18 m,职业潜水员和观光潜水艇可下潜至-30 m 深度.生理学研究显示人类无装备情况下潜水极限在-100 m 左右,尽管已有佩戴装备的-332.35 m 的最深世界潜水记录,但仍然无法适用于商业潜水.从海底地形横向分布看,大陆架水深一般为0～-200 m,临近海岸,大陆坡一般在-200～-4 000 m,其余地形深度均在-2 000 m以下,且远离海岸.基于海洋潜水旅游目的地临近原则,根据垂直深度与横向深度判断大陆架地形海区,即可观赏到丰富的海洋生物且又完全适宜潜水活动的深度.因此,根据不同区域海底地形一般深度标准划分 0～-200 m、-200～-2 000 m、-2 000～-4 000 m、-4 000～-6 000 m、-6 000 m 以下等级,深度越大则适宜性越小、赋值越低.

(2)海水表层温度分级,由分析全球表层海水温度栅格图得到.海洋表层水温是影响潜水活动的重要特征指标,可衡量目的地能否提供适宜开展潜水活动的海温.参照美国海水浴场适宜性评估标准[24],并结合潜水活动适宜特征,划分为22.2℃以上、19.4～22.2 ℃、14～19.4 ℃、10～14 ℃、10℃以下5 级,随后采用潜水行业专家赋值各海温等级适宜程度值.

(3)海流流速适宜度分级,采用1 月份全球海流流速NETCDF (NC)网络数据,通过坐标投影、数据格式转换将其转换为栅格图层.海流又称洋流,是潜水旅游活动适宜性的一个重要限制性因素,它影响着潜水者运动平衡的调整,关系到旅游者的舒适性与安全性.依据Wijaya 与Putra 等学者研究适宜潜水旅游的水流流速分类标准,划分为0～0.15 m·s-1、0.15～0.3 m·s-1、0.3～0.5 m·s-1、0.5～1 m·s-1、1 m·s-1以上共5 个等级,海流流速相对较慢(弱)的水域是潜水旅游的理想场所,因此流速越小适宜潜水程度越高,赋值越大.

(4)潮汐潮位适宜性分级,采用全球1 月平均潮汐潮位观测NETCDF 网络数据,进行坐标投影、数据格式转换,将其转换为栅格图层.潮汐是沿海地区的一种自然现象,是衡量潜水旅游地海域是否具备安全性的要素之一.潮汐过强会加快海水流速,给潜水旅游活动带来安全隐患.参照NOAA全球潮汐平均观测高度标准,划分为0.01～18.1 cm、18.1～39.8 cm、39.8～72.3 cm、72.3～159 cm、159～460.7 cm 共5 个等级,潮位越低适宜性越高,赋值越大.

(5)珊瑚密度丰富性分级,以NOAA 统计全球14 种珊瑚礁点数据为基础,进行投影坐标与百度地图API坐标数据矢量化,采用密度制图得到全球珊瑚礁点密度栅格图层.珊瑚礁集聚分布可为海洋潜水旅游目的地提供良好的自然资源条件,带来更大的游客流量,资源依附强且交通通达性差的潜水地对此尤为敏感.珊瑚礁是海洋潜水旅游目的地重要吸引物,全球珊瑚礁总面积约为259 647 km2[25].因此,珊瑚密度越大表示该地区的珊瑚资源条件越好,越适宜开展潜水旅游,所以按密度值划分为极高密度区、高密度区、中密度区、低密度区、极低或无密度区,密度越大表明吸引度越高,其赋值也越大.

1.3 集成过程权重分级

采用层次分析法将指标体系划分为领域层与指标层,随后邀请行业专家打分,对评价因子相对重要性进行赋权,进而利用层次分析计算权重.2020 年7 月7 日至10 月15 日,先后两次共向31位专家发放了评价打分表,得到有效问卷27 份,问卷回收率为87%.有效问卷填写专家包括地理学专家13 人、旅游学专家5 人、海洋学专家7 人、潜水行业人员与国际潜水协会人员2 人.层次分析判断矩阵一致性检验表明,判断矩阵的CR＜0.1,说明判断矩阵所计算出的指标权重比较可靠,具有满意一致性.为了避免主观性,结合信息熵对指标权重进行修正,最终得到全球海洋潜水旅游目的地适宜性评价指标及其权重,结果见表2.

表2 全球海洋潜水旅游目的地适宜性评价指标

2 案例: 全球及中国海洋潜水旅游目的地适宜性评价

2.1 全球海洋潜水旅游目的地分布适宜性综合评价结果

将各因子适宜性的栅格图层进行标准化处理,结合表2 采用多因子加权评价模型与空间叠加分析法,将标准化后单因子栅格数据层加权叠加[26],最终获得全球海洋潜水旅游目的地分布适宜性指数,指数值范围为0.75～5.利用ArcGIS 10.5 软件中自然断点法(Natural Breaks)将其划分为最适宜区、较适宜区、较不适宜区、不适宜区、最不适宜区共5 级(图2、表3).最适宜区是指适宜性的各因子指数都较高,其综合指数范围在4.79～6.8 之间,大致分布在东南亚、太平洋西部与东部、印度洋西部与北部、中美洲等.从海洋自然环境基础看,这些区域海域水温较高,海表温度终年保持在22.2℃以上,洋流平缓,且大部分有暖流流经,珊瑚礁资源丰富,岸礁、堡礁、大洋环礁广布[27],形成了海洋潜水旅游地最佳潜在区,非常适宜海洋潜水旅游目的地的形成.较适宜区是指整体海洋自然条件较好,但其中有一两项指标的适宜性指数略低,综合指数范围为3.46～4.79.较适宜区分布于30°N 至30°S 之间,海水表层温度分布为其赋予了较大的空间范围,位于最适宜区的外围.因此,海水温度及在适宜温度下促成珊瑚生长使得该区域基本自然条件较好,但由于潮汐等单项评价指标较低,无法成为最适宜区.较不适宜区指评价指标中有两个或多个指标指数偏低,致使总体适宜性评价指数较低,指数范围为2.62～3.46,主要分布在较适宜区外围,整体范围与纬线大致平行.这是因为无论是海水温度,还是珊瑚礁数量都随纬度的增高而递减,相较于最适宜区和较适宜区的自然条件优势快速减弱.不适宜区和最不适宜区的多数评价因子指数较低,导致这些区域总体适宜性指数过低,指数范围分别为1.84～2.62 和0.62～1.84.其范围相对较大,主要位于南北纬50°以上,由于受水温过低、海洋生物资源稀少等影响,尽管可以进行极限潜水,但并不适宜大规模开展潜水旅游活动.

图2 全球海洋潜水旅游目的地分布适宜性综合评价等级

表3 海洋潜水旅游目的地适宜性综合评价分级阈值

2.2 中国海洋潜水旅游适宜区分布

在海洋自然环境约束下识别中国潜在海洋潜水旅游目的地适宜性分区,最适宜区和较适宜区分别位于南海和东海部分海域,主要分布在海南、广西、广东、福建、浙江、台湾、香港和澳门(图3).

图3 中国沿海地区开展海洋潜水旅游的适宜区

从自然特征来看,适宜开展海洋潜水旅游的省份及其海域均为热带季风气候,终年平均气温在22 ℃以上;季风性降雨显著,集中于6～9 月份,年降雨量为1 500～2 500 mm;日照充足,光合潜力高,适宜热带景观植物的生长,海水温度基本在25 ℃以上,为最适宜区.以海南(含管辖岛屿)为例,海南气候宜人、生态环境优美,由于纬度低,南海海域为热带海区,以沙质、珊瑚海岸和红树林海岸为主;海水表层年平均温度在25～28 ℃之间,年变化小,潮差小,海水清澈,透明度可达20～25 m;海南拥有丰富的海域生物资源,生物总量达3 000多种,其中鱼类超过1 500 种,还有大量珊瑚、海龟、玳瑁、贝类、虾蟹、海藻,极具观赏价值.此外,我国北回归线以南海域,如台湾岛东南海岸及其附近的火烧岛、兰屿等地都有暗礁和堡礁的发育,又是火山岛,为潜水旅游提供了优质的海洋地貌与生物景观资源.其余适宜区均属于亚热带季风气候,特点是夏热冬温,四季分明,年平均气温为15～22 ℃;海域水文环境差异较大,其中广西、广东大部分、福建南部以及香港、澳门海域水温相对适宜,拥有珊瑚资源,潮差相对平稳,为最适宜区.福建、台湾中部和浙江因濒临东海,深水区终年受黑潮影响,潮差相对较高,特别是浙江近岸海域以及舟山群岛由于水质较差,海水暗流涌动,危险性大,其海温相对较低且年变化大,又缺少珊瑚礁等生物景观,因此,仅为潜水旅游目的地较适宜区.

3 结论

尽管国内已有研究意识到了海洋潜水旅游目的地与其自然影响因素的关系,但大部分的概括性因素研究仍没有揭示其整体分布的内在规律.本文选取海水深度、海水温度等5 个指标作为全球海洋潜水旅游目的地分布适宜性的评价因子,利用GIS 技术对多来源、多形式的数据采用栅格化法等方式对因子进行分级和处理,利用层次分析法确定指标权重,综合评价得出全球海洋潜水旅游目的地适宜性的分布结果.研究表明,适宜性指数具有明显的空间差异,最适宜的潜在分布区集中在东南亚、太平洋西部与东部、印度洋西部与北部、中美洲等地区,这些地区在自然环境条件良好的绝对优势下,极适合开展潜水旅游.较适宜区分布于30°N 至30°S 之间.随着海水水温降低、珊瑚礁分布减少等自然条件优势的减弱,海域开展潜水活动的适宜性也逐渐减弱,形成由低纬向高纬适宜性逐渐递减的规律.可以发现,热量条件对分异现象起到了绝对制约作用.当然,适宜性的分布结果是在综合考量整体自然环境基础上得出的,各因子之间同样存在着相互影响、相互制约的关系.

海洋潜水旅游在维护海洋资源禀赋与多样性,实现海洋生态系统可持续,充实海域空间规划编制内容中发挥着重要作用.但我国潜水旅游业由于缺乏资金投入、战略规划与经营经验等,因而上述作用尚未获得有效实施.海洋功能区是海洋空间规划体系中用来指导海洋开发活动的指导总纲之一,其要求海洋旅游休闲娱乐区应注重近海海域空间发展诉求.发展海洋潜水旅游的空间需具备高品质的资源,考虑到海洋生态系统的复杂性、流动性等特性,政府和旅游公司应合理利用潜水资源优势,充分规划近岸与离岸潜水点,积极衔接PADI 在较不适宜区、不适宜区和最不适宜区的核心城市授权潜水中心.如果不顾一切开发和破坏潜水旅游资源,将使得它的发展生命快速结束.